峰值电压检测电路概念设计，电压信号设极限？

百科 2024-10-21 11:28 广东

自然界的物理量（位移、速度、加速度、流量、压力等）可通过传感器转换成电压信号（或电流信号），有时我们必须给电压信号设定一个极限，使控制过程不至因为超限而导致安全事故或系统输出饱和失效。设计一个检测峰值电压的电路（本篇任务），以此峰值信号作为“压制”输入峰值的控制系统的负反馈信号。峰值检测及保持如下图虚线所示：

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从上图可看出：检测到峰值后会一直保持不变，直到出现更大的峰值才更新。

【构思】首先想到是否可用简单且廉价的无源器件来实现这个设计任务，而在各种无源器件中，电容具有较长时间的电压保持功能（电压不能突变）。于是，输入信号Ui可通过一个自控开关SW对电容C充电并送给输出端Uo。当输入信号幅值小于电容两端电压时，自控开关断开，电容保持电压不变；当输入信号幅值大于电容两端电压时，自动开关闭合给电容充电，从而使电容电压升高，送给输出端一个新的峰值。电路模型如下图：

但是，上面的自动开关SW是抽象模型，必须指明具体实现功能的元件。联想到理想二极管具有单向导电性，即：正极电位高于负极电位时，二极管导通，相当于开关闭合；正极电位低于负极电位时，二极管截止，相当于开关断开。那就在Ui与电容C之间放一个二极管试试（代替SW的作用），显然，二极管的正极接Ui才可能形成对电容的充电回路。于是，进一步构造的电路如下图：

分析上面的电路：通电后，此时电容C上无电荷（无电压），信号Ui经二极管D给电容充电而达到某个峰值。随后，如果Ui幅值下降，由于电容电压保持原值一段时间，而二极管正极端的电压（Ui）变得比电容上的电压低，这就使二极管截止，从而使电容电压继续保持不变，即输出信号Uo维持峰值。当Ui幅值上升，超过电容电压（原峰值）时，二极管导通，又开始对电容充电，从而使Uo得到一个新的更高的峰值。

上面的电路貌似实现了设计要求的所有功能，而且使用的元件很少。但是，这个电路有一个致命的缺陷：电路断电后，可能因为无法及时泄放电荷，当再次上电时，电容上残留的电荷会“淹没”真正要检测的Ui峰值。解决这个问题很简单，可在电容两端并联一个瞬动复位按钮来泄放电容上的电荷。如下图所示：

一波未平一波又起，仔细思考，上面的电路依然存在问题：Ui在给电容充电的同时，会快速直接干扰Uo，最好是在二者之间加入高阻抗的缓冲电路，而又不会衰减信号。这很容易使人想到跟随器，于是，就在Uo近前加入一个运放跟随器(用LM301试试)，如下图：

至此，峰值检测电路构建完毕。这个设计是否存在缺陷，今后再斟酌（实际上，当电容C饱和，又不允许断电后用按钮BTN复位该怎样实现，我还没想清楚）。

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